midas抗震設(shè)計(jì)-反應(yīng)譜分析.doc

反應(yīng)譜分析北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司目 錄簡(jiǎn)要1設(shè)定操作環(huán)境及定義材料和截面2定義材料2定義截面3建立結(jié)構(gòu)模型4主梁及橫向聯(lián)系梁模型4輸入橫向聯(lián)系梁5輸入橋墩5剛性連接7建立橋墩和系梁9輸入邊界條件10輸入支座的邊界條件10剛性連接11輸入橫向聯(lián)系梁的梁端剛域12輸入橋臺(tái)的邊界條件13輸入二期恒載14輸入質(zhì)量15輸入反應(yīng)譜數(shù)據(jù)17輸入反應(yīng)譜函數(shù)17輸入反應(yīng)譜荷載工況18運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析19查看結(jié)果20荷載組合20查看振型形狀和頻率21查看橋墩的支座反力24簡(jiǎn)要本例題介紹使用MIDAS/CIVIL的反應(yīng)譜分析功能來(lái)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的方法。 例題模型使用的是簡(jiǎn)化了的鋼箱型橋梁模型，由主梁、橫向聯(lián)系梁和橋墩構(gòu)成。橋臺(tái)部分由于剛度很大，不另外建立模型只輸入邊界條件；基礎(chǔ)部分假設(shè)完全固定，也只按邊界條件來(lái)定義。 下面是橋梁的一些基本數(shù)據(jù)。跨 徑：45 m + 50 m + 45 m = 140 m橋 寬：11.4 m主梁形式：鋼箱梁鋼 材：GB(S) Grade3（主梁）混 凝 土：GB_Civil(RC) 30（橋墩）單位：mm圖1. 橋梁剖面圖設(shè)定操作環(huán)境及定義材料和截面 開(kāi)新文件（ 新項(xiàng)目），以Response.mcb為名保存( 保存)。文件 / 新項(xiàng)目t 文件 / 保存 ( Response )將單位體系設(shè)定為kN(力), m(長(zhǎng)度)。工具 / 單位體系長(zhǎng)度m ; 力kN 定義材料分別輸入主梁和橋墩的材料數(shù)據(jù)。模型 / 材料和截面特性 / 材料 材料號(hào) (1) ; 類型S鋼材 規(guī)范GB(S) ; 數(shù)據(jù)庫(kù)Grade3 材料號(hào) (2) ; 類型 混凝土 規(guī)范GB-Civil(RC) ; 數(shù)據(jù)庫(kù)30 圖2. 定義材料定義截面使用用戶定義來(lái)輸入主梁、橫向聯(lián)系梁以及橋墩的截面數(shù)據(jù)。主 梁： 箱型截面 200025001216/18橫向聯(lián)系梁： 工字型截面12柱 帽： 實(shí)腹長(zhǎng)方形截面 1.51.5橋 墩： 實(shí)腹圓形截面 1.5主梁與橋墩連接的支座部分使用彈性連接(Elastic Link)來(lái)模擬。模型 / 材料和截面特性 / 截面數(shù)據(jù)庫(kù)/用戶 名稱 (Girder) ; 截面形狀箱型截面 ; 用戶 偏心中-中心H ( 2 ) ; B ( 2.5 ) ; tw ( 0.012 ) tf1 ( 0.016 ) ; C ( 2.3 ) ; tf2 ( 0.018 )名稱 (Cross) ; 截面形狀工型截面 ; 輸入截面尺寸時(shí)，若只輸入tf1，不輸入tf2，則tf2與tf1相同。用戶 偏心中-中心H ( 1.5 ) ; B ( 0.3 ) ; tw ( 0.012 ) ; tf1 ( 0.012 ) 名稱( Coping ) ; 截面形狀實(shí)腹長(zhǎng)方形截面 偏心中-中心 用戶 ; H ( 1.5 ) ; B ( 1.5 ) 名稱 ( Column ) ; 截面形狀實(shí)腹圓形截面用戶 ; D ( 1.5 ) 圖3. 定義截面建立結(jié)構(gòu)模型主梁及橫向聯(lián)系梁模型使用 建立節(jié)點(diǎn) 建立節(jié)點(diǎn)后，通過(guò) 擴(kuò)展單元 功能將節(jié)點(diǎn)按285m擴(kuò)展成梁?jiǎn)卧獊?lái)建立主梁。 頂面, 捕捉節(jié)點(diǎn) (開(kāi)), 捕捉單元 (開(kāi)) 自動(dòng)對(duì)齊 (開(kāi))模型 / 節(jié)點(diǎn) / 建立節(jié)點(diǎn) 坐標(biāo) ( 0, 0, 0 ) 復(fù)制復(fù)制次數(shù) (1) ; 距離 (0, 7.7, 0) 模型 / 單元 / 擴(kuò)展單元 全選擴(kuò)展類型節(jié)點(diǎn)線單元單元屬性單元類型梁?jiǎn)卧牧?:Grade3 ; 截面1 : Girder 生成形式復(fù)制和移動(dòng) 復(fù)制和移動(dòng)等間距 dx, dy, dz ( 5, 0, 0 ) ; 復(fù)制次數(shù)( 28 ) 圖4. 輸入主梁輸入橫向聯(lián)系梁在主梁起點(diǎn)處使用 建立單元 功能連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)建立一個(gè)橫向聯(lián)系梁后，可通過(guò)將該梁按縱橋方向復(fù)制來(lái)建立剩余橫向聯(lián)系梁。 節(jié)點(diǎn)號(hào) (開(kāi))模型 / 單元/ 建立單元單元類型一般梁/變截面梁材料1:Grade3 ; 截面2:Cross ; Beta Angle ( 0 )節(jié)點(diǎn)連接 ( 1, 2 )8模型/ 單元 / 復(fù)制和移動(dòng) 選擇最新建立的個(gè)體形式復(fù)制 ; 復(fù)制和移動(dòng)等間距 dx, dy, dz ( 5, 0, 0 )8 ; 復(fù)制次數(shù)( 28 )圖5. 輸入橫向聯(lián)系梁輸入橋墩如圖6所示，在橋墩的位置建立模型后，通過(guò)剛性連接(Rigid Link)來(lái)模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)。橋墩的剖面如圖7所示。單位 : m0.750.750.201.25剛性連接彈性連接剛性連接剛性連接圖6. 橋墩和上部結(jié)構(gòu)連接示意圖單位 : m側(cè)面立面1.52.02.011.723.85=7.71.51.57.0圖7. 橋墩模型剛性連接選擇主梁支座處的節(jié)點(diǎn)，將其向z軸方向復(fù)制，生成要進(jìn)行剛性連接的節(jié)點(diǎn)。(參考圖6) 顯示邊界一般支承 (開(kāi)) 多邊形選擇( 單元 : 中跨中的單元) 激活 標(biāo)準(zhǔn)視圖, 節(jié)點(diǎn)號(hào) (開(kāi))模型/節(jié)點(diǎn) / 復(fù)制和移動(dòng) 單選 ( Nodes : 19, 20, 39, 40 )形式復(fù)制 ; 復(fù)制和移動(dòng)任意間距 方向z ; 間距 ( -1.25, -0.2, -0.75 ) 圖8. 復(fù)制節(jié)點(diǎn)在要建立橋墩和系梁的位置生成節(jié)點(diǎn)。 模型 / 節(jié)點(diǎn) / 分割節(jié)點(diǎn)間距 分割等間距分割數(shù)量 (2)分割的節(jié)點(diǎn)號(hào) (67, 68)8 ; (69, 70)8模型 / 節(jié)點(diǎn) / 復(fù)制和移動(dòng) 單選 (節(jié)點(diǎn) : 71, 72 )形式復(fù)制 ; 復(fù)制和移動(dòng)任意間距 方向y ; 間距 ( 11.7/2, -11.7 ) 前次選擇方向z ; 間距 -0.75, 7-1 ) 圖9. 輸入橋墩的節(jié)點(diǎn)建立橋墩和系梁使用 建立單元 功能建立橋墩和系梁。(參考圖7)模型 / 單元 / 建立單元 單元類型一般梁/變截面梁材料2:30 ; 截面3:CopingBeta Angle ( 0 ) ; 交叉分割節(jié)點(diǎn) (開(kāi)) (圖10的)節(jié)點(diǎn)連接 ( 73, 75 )8 節(jié)點(diǎn)連接( 74, 76 )8 材料2:30 ; 截面4:Column Beta Angle ( 0 ) ; 交叉分割節(jié)點(diǎn) (開(kāi)) 節(jié)點(diǎn)連接( 77, 91 )8 節(jié)點(diǎn)連接( 78, 92 )8 圖10. 建立系梁和橋墩輸入邊界條件輸入支座的邊界條件使用 Zoom Window 放大系梁的連接部分，并使用彈性連接功能輸入支座的邊界條件。 窗口縮放 (放大第一個(gè)橋墩的系梁部分)模型 / 邊界條件 / 彈性連接選擇添加/替換 ; 連接類型一般類型 彈性連接各方向彈簧的剛度需按單元坐標(biāo)系輸入。自由方向輸入為“0”, 固定方向輸入為“1e11”以保證其剛性運(yùn)動(dòng)。SDx (1e11) ; SDy (1e11) ; SDz (1e11) SRx (0) ; SRy (0) ; SRz (0) 兩點(diǎn) ( 59, 63 )8SDx (1e11) ; SDy (0) ; SDz (1e11) SRx (0) ; SRy (0) ; SRz (0) 兩點(diǎn)( 60, 64 )8 對(duì)齊, 窗口縮放 (放大第二個(gè)橋墩的系梁部分)SDx (1e11) ; SDy (1e11) ; SDz (0) SRx (0) ; SRy (0) ; SRz (0) 兩點(diǎn)( 61, 65 )8SDx (1e11) ; SDy (0) ; SDz (0) SRx (0) ; SRy (0) ; SRz (0) 兩點(diǎn)( 62, 66 )8圖11. 只激活連接部分的單元?jiǎng)傂赃B接將在實(shí)際位置建立的主梁和支座、支座和橋墩分別使用剛性連接 連接起來(lái)。（參考圖6） 對(duì)齊, 窗口縮放 (放大第一個(gè)橋墩的系梁部分)模型 /邊界條件/ 剛性連接 單選( 節(jié)點(diǎn) : 60 )主節(jié)點(diǎn)號(hào) ( 20 )8 已輸入的剛性連接可進(jìn)行復(fù)制。復(fù)制剛性連接(開(kāi))方向x ; 間距 ( 50 ) 類型剛體 單選(節(jié)點(diǎn) : 59 )主節(jié)點(diǎn)號(hào)( 19 )8 單選(節(jié)點(diǎn): 68 )主節(jié)點(diǎn)號(hào)( 64 )8 單選(節(jié)點(diǎn): 67 )主節(jié)點(diǎn)號(hào)( 63 )8 單選(節(jié)點(diǎn): 77 )主節(jié)點(diǎn)號(hào)( 71 )8 圖12. 主梁和支座及橋墩間的剛性連接輸入橫向聯(lián)系梁的梁端剛域由于建模時(shí)所有的單元是以中心軸為準(zhǔn)相互連接的，故會(huì)有如圖15所示的主梁和橫向聯(lián)系梁間由于主梁的梁寬導(dǎo)致的重復(fù)部分出現(xiàn)。對(duì)此可使用梁端剛域 功能通過(guò)輸入剛域長(zhǎng)度使程序在計(jì)算剛度時(shí)將該部分的影響排除。 輸入梁端剛域長(zhǎng)度的方法有整體坐標(biāo)系和單元坐標(biāo)系兩種類型。若選擇整體坐標(biāo)系類型，則對(duì)于所輸入的剛域長(zhǎng)度不考慮荷載，只針對(duì)剩余的單元長(zhǎng)度計(jì)算剛度和自重。 相反選擇單元坐標(biāo)系的話，只在計(jì)算剛度時(shí)排除輸入的剛域長(zhǎng)度，而在計(jì)算自重和施加荷載時(shí)則將該部分包含在內(nèi)。（參考在線幫助手冊(cè)）這里使用單元坐標(biāo)系來(lái)輸入剛域長(zhǎng)度。此時(shí)由于需在梁?jiǎn)卧膇、j端輸入軸向的剛域長(zhǎng)度，故需事先確認(rèn)梁?jiǎn)卧膯卧鴺?biāo)系方向。 左面, 隱藏 (開(kāi))模型 / 邊界條件 / 梁端剛域 交叉線選擇 (單元 : 橫向聯(lián)系梁) 選擇添加/替換 ; 梁端部剛域長(zhǎng)度類型單元坐標(biāo)系RGDi ( 2.3/2 ) ; RGDj ( 2.3/2 )j 端 i 端 圖13. 輸入橫向聯(lián)系梁的剛域長(zhǎng)度輸入橋臺(tái)的邊界條件本例題主梁與橋墩系梁的支座部分使用彈性連接和剛性連接功能來(lái)模擬。橋臺(tái)的邊界條件如圖14所示?；A(chǔ)則假設(shè)其完全固定，故約束所有自由度。橋臺(tái)45 m50 m45 m雙向自由單向自由固定圖14. 橋臺(tái)的約束條件 隱藏 (關(guān))， 標(biāo)準(zhǔn)視圖， 全部激活模型 /邊界條件 / 一般支承 單選 (節(jié)點(diǎn) : 1, 57)選擇添加 ; 支承條件類型Dy, Dz (開(kāi)) 單選 (節(jié)點(diǎn) : 2, 58)選擇添加 ; 支承條件類型Dz (開(kāi)) 單選 (節(jié)點(diǎn) : 91, 92)選擇添加 ; 支承條件類型 D-All (開(kāi)), R-All (開(kāi)) 使用查詢查詢節(jié)點(diǎn) 功能(圖12的)可在信息窗口查詢相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的各種輸入情況，并可非常容易地查看兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離。 固定端 圖15. 輸入邊界條件輸入二期恒載首先定義二期恒載的靜力荷載工況。荷載 /靜力荷載工況名稱 ( DL ) ; 類型恒荷載圖16. 輸入靜力荷載工況假設(shè)二期恒載為10kN/m大小的均布荷載，使用梁?jiǎn)卧奢d功能輸入。 左面荷載 / 梁?jiǎn)卧奢d 窗口選擇 ( 單元 : 主梁，圖17的) 荷載工況名稱DL ; 選擇添加 荷載類型均布荷載方向整體坐標(biāo)系 Z ; 投影否數(shù)值相對(duì)值 ; x1 ( 0 ) ; x2 ( 1 ) ; w ( -10) 圖17. 輸入主梁二期恒載輸入質(zhì)量由于在進(jìn)行反應(yīng)譜分析之前需先進(jìn)行特征值分析，故輸入進(jìn)行特征值分析所需的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。 在MIDAS/Civil中輸入質(zhì)量有兩種類型。一個(gè)是將所建結(jié)構(gòu)模型的自重轉(zhuǎn)換為質(zhì)量，還有一個(gè)是將輸入的其它恒荷載（鋪裝及護(hù)欄荷載等）轉(zhuǎn)換為質(zhì)量。 對(duì)于結(jié)構(gòu)的自重不需另行輸入，即可在模型結(jié)構(gòu)類型對(duì)話框中完成轉(zhuǎn)換。而二期荷載一般是以外部荷載(梁?jiǎn)卧奢d、樓面荷載、壓力荷載、節(jié)點(diǎn)荷載等)的形式輸入的，可使用模型質(zhì)量荷載轉(zhuǎn)換為質(zhì)量 功能來(lái)轉(zhuǎn)換。本例題也使用上述兩種方法來(lái)輸入質(zhì)量。首先將所輸入的二期荷載（梁?jiǎn)卧奢d）轉(zhuǎn)換為質(zhì)量。 模型 / 質(zhì)量 / 將荷載轉(zhuǎn)換成質(zhì)量 質(zhì)量方向X, Y, Z 轉(zhuǎn)換的荷載種類梁?jiǎn)卧奢d (開(kāi))重力加速度 ( 9.806 ) ; 荷載工況DL 組合值系數(shù) ( 1 ) ; 添加圖18. 將梁?jiǎn)卧奢d轉(zhuǎn)換為質(zhì)量下面將單元的自重轉(zhuǎn)換為質(zhì)量。 模型 / 結(jié)構(gòu)類型將結(jié)構(gòu)的自重轉(zhuǎn)換為質(zhì)量轉(zhuǎn)換到 X, Y, Z 圖19. 將結(jié)構(gòu)的自重自動(dòng)轉(zhuǎn)換為質(zhì)量質(zhì)量輸入結(jié)束后，可使用查詢質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表格 功能確認(rèn)質(zhì)量輸入得是否正確。表格中荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量是指被轉(zhuǎn)換成質(zhì)量的外部荷載，結(jié)構(gòu)質(zhì)量指的是被轉(zhuǎn)換的自重。在表格下端的合計(jì)（圖20的）里的數(shù)值為被轉(zhuǎn)換的所有質(zhì)量的合計(jì)。查詢 / 質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表格圖20. 質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表格輸入反應(yīng)譜數(shù)據(jù)輸入反應(yīng)譜函數(shù)進(jìn)行抗震計(jì)算，這里使用振型分解反應(yīng)譜法。輸入地震荷載所需的各項(xiàng)參數(shù)如下。 基本烈度：7場(chǎng)地類別：I重要性修正系數(shù)：1.0綜合影響系數(shù)：0.20最大周期：10秒如圖21，將以上參數(shù)輸入后就可自動(dòng)得到公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ004-89)的地震影響系數(shù)曲線。 荷載 / 反應(yīng)譜分析數(shù)據(jù) / 反應(yīng)譜函數(shù) 添加設(shè)計(jì)反應(yīng)譜 ; 設(shè)計(jì)反應(yīng)譜China(JTJ004-89) 反應(yīng)譜函數(shù)中輸入的最大周期必須包含特征值分析所計(jì)算出的最大、最小周期的范圍。 基本烈度7 場(chǎng)地類別重要性修正系數(shù)1.0 綜合影響系數(shù)0.20最大周期( 10 ) 圖21. 輸入反應(yīng)譜函數(shù)輸入反應(yīng)譜荷載工況輸入反應(yīng)譜函數(shù)后，按橋梁縱向(整體坐標(biāo)系X方向)和側(cè)向(整體坐標(biāo)系Y方向)分別定義反應(yīng)譜荷載工況。 荷載 / 反應(yīng)譜函數(shù) /反應(yīng)譜荷載工況荷載工況名稱 ( X-dir ) ; 函數(shù)名稱CH-JTJ004-89方向X-Y ; 地震角度 ( 0 ) 地震荷載的方向與X-Y平面平行，則選擇X-Y 方向。放大系數(shù) ( 1 )操作添加 地震角度是指地震荷載的方向與整體坐標(biāo)系X軸的夾角，角度的符號(hào)對(duì)于Z軸遵循右手法則。荷載工況名稱 ( Y-dir ) ; 函數(shù)名稱CH-JTJ004-89方向X-Y ; 地震角度 ( 90 ) 放大系數(shù) ( 1 ) ; 操作添加圖22. 輸入反應(yīng)譜荷載工況下面定義進(jìn)行特征值分析和反應(yīng)譜分析時(shí)的分析方法。特征值分析控制(圖22的)頻率數(shù)量( 25 ) 反應(yīng)譜分析控制 (圖22的)振型組合方法SRSS 如果分析后振型參與質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范所規(guī)定的90%，則需適當(dāng)增加頻率數(shù)量重新進(jìn)行分析。圖23. 特征值分析控制對(duì)話框 選擇振型組合方法 (SRSS, Square Root -of the Sum of the Squa -res) 若選擇考慮振型的正負(fù)號(hào)，則在對(duì)各振型的結(jié)果進(jìn)行組合時(shí)會(huì)考慮正負(fù)號(hào)，并需選擇符號(hào)的考慮方式，詳見(jiàn)在線幫助手冊(cè)。 圖24. 反應(yīng)譜分析控制對(duì)話框運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析建立模型并所有參數(shù)后，即可運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析。分析 / 運(yùn)行分析查看結(jié)果荷載組合結(jié)構(gòu)分析結(jié)束后，對(duì)于分析結(jié)果進(jìn)行線性組合，并取組合結(jié)果中的絕對(duì)值最大值(ABS)。對(duì)于橋梁縱向和側(cè)向分別按以下方法進(jìn)行荷載組合，來(lái)查看支座的水平方向反力。 荷載組合1(LCB1): 1.0 |X-dir| + 0.3 |Y-dir| 荷載組合2(LCB2): 0.3 |X-dir| + 1.0 |Y-dir|結(jié)果 /荷載組合激活(開(kāi)) ; 名稱( LCB1 ) ; 類型ABS荷載工況X-dir(RS) ; 系數(shù) (1 ) 荷載工況Y-dir(RS) ; 系數(shù) ( 0.3 )激活(開(kāi)) ; 名稱 ( LCB2 ) ; 類型ABS荷載工況X-dir(RS) ; 系數(shù)( 0.3 )荷載工況Y-dir(RS) ; 系數(shù)( 1 )圖25. 荷載組合對(duì)話框查看振型形狀和頻率各振型的質(zhì)量參與比率可通過(guò)結(jié)果分析結(jié)果表格振型形狀 來(lái)查看。結(jié)果/ 分析結(jié)果表格 / 振型形狀紀(jì)錄激活模態(tài) 1 (on) 在激活紀(jì)錄